CN106188736A - 一种水底输水管材料及其制备方法 - Google Patents

一种水底输水管材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水底输水管材料，其特征在于：包括如下重量份物质：HDPE80‑90份、硅烷偶联剂5‑15份、抗菌剂0.5‑1份、聚酰胺酰亚胺树脂20‑25份、辛基酚醛树脂4‑8份、金属盐类成核剂1‑5份、增容剂2‑3份、抗氧剂0.2‑0.5 份，采用该配方制成的水底输水管材料具有良好的抗菌性和耐疲劳性，可以适应在水底长时间使用的要求，降低维护成本，同时使用的材料毒性低，可以避免长时间使用对水质造成污染，本发明还公开了该输水管材料的制备方法。

Description

一种水底输水管材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种输水管，特别涉及一种水底输水管材料及其制备方法。
背景技术
水底输水管是敷设在水下或埋于海底一定深度的管道，主要用于输送石油、天然气、水等。海底管道作为连接海洋平台之间安全、经济、快捷的运输方式已经被广泛应用，管道路需要防止水动力因素或人为因素的破坏。
目前，公开号为CN102888043A的中国专利公开了一种耐高压HDPE给水管材料，由下述重量份的原料制成：HDPE80～120份，改性剂10～30份，阻燃剂5～15份，金属氧化物2～10份，白炭黑5～15份。采用本发明的专用料制成的HDPE给水管具有良好的耐高压性能和抗冲击性能。
但这种HDPE给水管的抗菌性能与耐疲劳性能较差，在水底长时间使用，外力的长时间施加容易造成疲劳破损。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种抗菌、耐疲劳的水底输水管材料。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种水底输水管材料，其特征在于：包括如下重量份物质：
HDPE 80-90份
硅烷偶联剂 5-15份
抗菌剂 0.5-1份
聚酰胺酰亚胺树脂 20-25份
辛基酚醛树脂 4-8份
金属盐类成核剂 1-5份
增容剂 2-3份
抗氧剂 0.2-0.5 份。
硅烷偶联剂同时含有两种不同化学性质的有机硅化合物，可以分别于聚乙烯材料和树脂材料连接，增强输水管材料中的物质的相容性，混合均匀，连接紧密。
抗菌剂的使用提高了输水管材料的抗菌能力，避免微生物在输水管材料内繁殖腐蚀破坏输水管材料。
聚酰胺酰亚胺树脂具有优良的机械性能，拉伸强度高，在水底使用时，可以更好的抵抗水压，避免管道变形，同时可以防止管道被撞击破损。
辛基酚醛树脂具有良好的分散性，可以增强输水管内部材料的粘性，从而提高输水管材料的强度，同时内部粘性增大，在输水管产生裂纹时，裂纹的扩散更慢，提高了输水管的使用寿命。
金属盐成核剂，可以为聚乙烯的结晶提供晶核，从而使得聚乙烯制备时能快速完成结晶，增加了聚乙烯的结晶密度和促使聚乙烯晶粒尺寸稳定，因此输水管材料的结构稳定。
增容剂能增强树脂材料与HDPE之间的相容性，进而得到稳定的共混物。
抗氧剂能防止输水管材料被水中的溶解氧氧化，避免材料老化，提高材料的使用寿命。
采用该配方制成的水底输水管材料具有良好的抗菌性和耐疲劳性，可以适应在水底长时间使用的要求，降低维护成本，同时使用的材料毒性低，可以避免长时间使用对水质造成污染。
本发明进一步设置为：所述抗菌剂由壳聚糖、纳米氯化铜、聚六亚甲基胍磷酸盐和三氯卡班混合而成。
本发明进一步设置为：所述抗菌剂中各物质的重量比例壳聚糖：纳米氯化铜：聚六亚甲基胍磷酸盐：三氯卡班为2:5:10:1。
通过采用上述技术方案，壳聚糖分子内具有游离氨基，氨基与负电子结合能抑制细菌的活性，同时壳聚糖无味、无臭、无毒，对水体不会造成污染；纳米氯化铜具有较低的毒性，同时具有消毒效果，避免输水管材料内积累毒素；聚六亚甲基胍磷酸盐具有杀菌效果，性质稳定，可在常温下使用，长期抑菌，无副作用、无色、无臭，使用安全；三氯卡班使用安全，并且对酵母菌、真菌和病毒具有高效抑制杀菌作用。
本发明进一步设置为：所述增容剂采用马来酸酐接枝共聚物和丙烯酸接枝共聚物中的一种。
通过采用上述技术方案，采用接枝共聚物作为增容剂，相比嵌段共聚物对HDPE具有更好的增容效果。
本发明进一步设置为：所述硅烷偶联剂采用Si-602硅烷偶联剂。
通过采用上述技术方案，Si-602硅烷偶联剂，N-（β氨乙基）-γ-氨丙基甲基-二甲氧基硅烷，可以作为粘接促进剂，提高聚乙烯与聚酰胺酰亚胺树脂等有机，使材料内部各组分能更好的连接在一起，同时能对输水管材料的力学性能提高较大，并且具有更好的化学稳定性，在海底使用时能承受更大的水压，同时也避免被海底的化学物质侵蚀，使输水管材料具有更长的使用寿命。
本发明进一步设置为：所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂168和抗氧剂DLTP配合使用。
通过采用上述技术方案，使用单一抗氧剂难以满足材料多方面性能的要求，采用三种抗氧剂复配使用，能满足加工、使用等多方面的要求，并且都采用常用氧化剂进行复配使用，开发周期短，效果好，三者之间协同提高抗氧剂的性能。
本发明进一步设置为：所述金属盐类成核剂为硬脂酸锌。
通过采用上述技术方案，硬脂酸锌为一种金属盐成核剂，可以为聚乙烯的结晶提供晶核，从而使得聚乙烯制备时能快速完成结晶，增加了聚乙烯的结晶密度和促使聚乙烯晶粒尺寸合适，因此本发明中输水管材料具有良好的尺寸稳定性，不容易热胀冷缩变形，同时硬脂酸锌对树脂材料具有良好的润滑作用，聚酰胺酰亚胺树脂和辛基酚醛树脂在硬脂酸锌的作用下能更好的分散在输水管材料内，提高输水管材料的均匀性。
本发明进一步设置为：水底输水管材料包括如下重量份物质：
HDPE 85份
硅烷偶联剂 10份
抗菌剂 0.8份
聚酰胺酰亚胺树脂 25份
辛基酚醛树脂 5 份
硬脂酸锌 3 份
增容剂 3份
抗氧剂 0.4份。
本发明的第二目的是提供水底输水管材料的制备方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种水底输水管材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
SP1、将HDPE、金属盐类成核剂、辛基酚醛树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、硅烷偶联剂、增容剂、抗菌剂和抗氧剂混合；
SP2、加入双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机分为的加料段、熔融段、剪切段和挤出段，加料段温度为150-160℃，熔融段温度为160-170℃，剪切段温度为170-180℃，挤出段温度为130-150℃。
具体实施方式
实施例一：
一种水底输水管材料包括如下物质：（g）
HDPE 85
硅烷偶联剂 10
抗菌剂 0.8
聚酰胺酰亚胺树脂 25
辛基酚醛树脂 5
硬脂酸锌 3
增容剂 3
抗氧剂 0.4。
抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂168和抗氧剂DLTP配合使用。
抗菌剂中各物质的重量比例壳聚糖：纳米氯化铜：聚六亚甲基胍磷酸盐：三氯卡班为2:5:10:1。
上述水底输水管材料的制备方法包括如下步骤：
SP1、将HDPE、金属盐类成核剂、辛基酚醛树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、硅烷偶联剂、增容剂、抗菌剂和抗氧剂混合；
SP2、加入双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机分为的加料段、熔融段、剪切段和挤出段，加料段温度为150℃，熔融段温度为160℃，剪切段温度为180℃，挤出段温度为140℃。
实施例二：
一种水底输水管材料包括如下物质：（g）
HDPE 84
硅烷偶联剂 6
抗菌剂 1
聚酰胺酰亚胺树脂 24.4
辛基酚醛树脂 4
硬脂酸锌 5
增容剂 2.4
抗氧剂 0.36。
抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂168和抗氧剂DLTP配合使用。
抗菌剂中各物质的重量比例壳聚糖：纳米氯化铜：聚六亚甲基胍磷酸盐：三氯卡班为2:5:10:1。
上述水底输水管材料的制备方法包括如下步骤：
SP1、将HDPE、金属盐类成核剂、辛基酚醛树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、硅烷偶联剂、增容剂、抗菌剂和抗氧剂混合；
SP2、加入双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机分为的加料段、熔融段、剪切段和挤出段，加料段温度为151℃，熔融段温度为167℃，剪切段温度为180℃，挤出段温度为130℃。
实施例三：
一种水底输水管材料包括如下物质：（g）
HDPE 90
硅烷偶联剂 5
抗菌剂 0.91
聚酰胺酰亚胺树脂 23
辛基酚醛树脂 7
硬脂酸锌 2.4
增容剂 2.7
抗氧剂 0.2。
抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂168和抗氧剂DLTP配合使用。
抗菌剂中各物质的重量比例壳聚糖：纳米氯化铜：聚六亚甲基胍磷酸盐：三氯卡班为2:5:10:1。
上述水底输水管材料的制备方法包括如下步骤：
SP1、将HDPE、金属盐类成核剂、辛基酚醛树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、硅烷偶联剂、增容剂、抗菌剂和抗氧剂混合；
SP2、加入双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机分为的加料段、熔融段、剪切段和挤出段，加料段温度为160℃，熔融段温度为170℃，剪切段温度为175℃，挤出段温度为145℃。
实施例四：
一种水底输水管材料包括如下物质：（g）
HDPE 89
硅烷偶联剂 13
抗菌剂 0.5
聚酰胺酰亚胺树脂 20
辛基酚醛树脂 8
硬脂酸锌 3.5
增容剂 2
抗氧剂 0.38。
抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂168和抗氧剂DLTP配合使用。
抗菌剂中各物质的重量比例壳聚糖：纳米氯化铜：聚六亚甲基胍磷酸盐：三氯卡班为2:5:10:1。
上述水底输水管材料的制备方法包括如下步骤：
SP1、将HDPE、金属盐类成核剂、辛基酚醛树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、硅烷偶联剂、增容剂、抗菌剂和抗氧剂混合；
SP2、加入双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机分为的加料段、熔融段、剪切段和挤出段，加料段温度为155℃，熔融段温度为165℃，剪切段温度为170℃，挤出段温度为135℃。
实施例五：
一种水底输水管材料包括如下物质：（g）
HDPE 80
硅烷偶联剂 15
抗菌剂 0.6
聚酰胺酰亚胺树脂 22
辛基酚醛树脂 6.3
硬脂酸锌 1
增容剂 2.3
抗氧剂 0.44。
抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂168和抗氧剂DLTP配合使用。
抗菌剂中各物质的重量比例壳聚糖：纳米氯化铜：聚六亚甲基胍磷酸盐：三氯卡班为2:5:10:1。
上述水底输水管材料的制备方法包括如下步骤：
SP1、将HDPE、金属盐类成核剂、辛基酚醛树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、硅烷偶联剂、增容剂、抗菌剂和抗氧剂混合；
SP2、加入双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机分为的加料段、熔融段、剪切段和挤出段，加料段温度为160℃，熔融段温度为160℃，剪切段温度为172℃，挤出段温度为150℃。
对比例一：
一种水底输水管材料包括如下物质：（g）
HDPE 85
硅烷偶联剂 10
聚酰胺酰亚胺树脂 25
辛基酚醛树脂 5
硬脂酸锌 3
增容剂 3
抗氧剂 0.4。
抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂168和抗氧剂DLTP配合使用。
上述水底输水管材料的制备方法包括如下步骤：
SP1、将HDPE、金属盐类成核剂、辛基酚醛树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、硅烷偶联剂、增容剂、抗菌剂和抗氧剂混合；
SP2、加入双螺杆挤出机中挤出造粒。
对比例二：
一种水底输水管材料包括如下物质：（g）
HDPE 85
硅烷偶联剂 10
抗菌剂 0.8
辛基酚醛树脂 5
硬脂酸锌 3
增容剂 3。
抗菌剂中各物质的重量比例壳聚糖：纳米氯化铜：聚六亚甲基胍磷酸盐：三氯卡班为2:5:10:1。
上述水底输水管材料的制备方法包括如下步骤：
SP1、将HDPE、金属盐类成核剂、辛基酚醛树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、硅烷偶联剂、增容剂、抗菌剂和抗氧剂混合；
SP2、加入双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机分为的加料段、熔融段、剪切段和挤出段，加料段温度为150℃，熔融段温度为160℃，剪切段温度为170℃，挤出段温度为130℃。
对比例三：
普通HDPE材料。
实施例一至五、对比例一至三中的材料根据标准GB1040-92对拉伸强度和断裂伸长率进行测试，并且将实施例一至五、对比例一和对比例二得到的材料根据标准GB/T14522-2008用紫外线照射48h后测试，测试结果见下表1。
表1 老化测试结果表
拉伸强度（MPa） 断裂伸长率（%） 48h老化后拉伸强度（MPa） 48h老化后断裂伸长率（%）
实施例一 45 166 42 150
实施例二 40 143 37 125
实施例三 42 144 37 131
实施例四 36 150 32 133
实施例五 39 155 33 125
对比例一 35 131 25 115
对比例二 30 125 25 114
对比例三 28 122 18 107
由上表可以看出，本发明的实施例具有良好的力学性能，同时耐老化能力较强，聚酰胺酰亚胺树脂对力学性能具有较大的影响，抗氧化剂对老化性能影响大。
将实施例一至五、对比例一至三中的材料根据标准QB/T2591-2003用贴膜法，采用大肠杆菌、酵母菌和肺炎球菌，考察样品24h的抗菌率，菌落总数的测定参照GB/T4789.2-2003，将材料制成50mm×50mm抗菌样板，结果见表2。
抗菌率的计算式如下：R（%）=(B-C)/B×100
式中：R-抗菌率，%；
B-空白对照样品平均回收菌数，cfu/片；
C-抗菌塑料样品平均回收菌数，cfu/片。
表2 抗菌率检测结果表
大肠杆菌抗菌率（%） 酵母菌抗菌率（%） 肺炎球菌抗菌率（%）
实施例一 99.9 99.8 99.9
实施例二 99.5 99.4 99.7
实施例三 99.7 99.6 99.3
实施例四 99.8 99.4 99.4
实施例五 99.6 99.8 99.7
对比例一 83.1 82.8 82.4
对比例二 98.7 98.9 99.0
对比例三 80.2 81.2 81.7
由上表可以看出本发明中的抗菌剂具有良好的抗菌效果，能适应海底的使用。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种水底输水管材料，其特征在于：包括如下重量份物质：
HDPE 80-90份
硅烷偶联剂 5-15份
抗菌剂 0.5-1份
聚酰胺酰亚胺树脂 20-25份
辛基酚醛树脂 4-8份
金属盐类成核剂 1-5份
增容剂 2-3份
抗氧剂 0.2-0.5份。
2.根据权利要求1所述的一种输水管材料，其特征在于：所述抗菌剂由壳聚糖、纳米氯化铜、聚六亚甲基胍磷酸盐和三氯卡班混合而成。
3.根据权利要求2所述的一种输水管材料，其特征在于：所述抗菌剂中各物质的重量比例壳聚糖：纳米氯化铜：聚六亚甲基胍磷酸盐：三氯卡班为2:5:10:1。
4.根据权利要求3所述的一种输水管材料，其特征在于：所述增容剂采用马来酸酐接枝共聚物和丙烯酸接枝共聚物中的一种。
5.根据权利要求4所述的一种输水管材料，其特征在于：所述硅烷偶联剂采用Si-602硅烷偶联剂。
6.根据权利要求5所述的一种输水管材料，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂168和抗氧剂DLTP配合使用。
7.根据权利要求6所述的一种输水管材料，其特征在于：所述金属盐类成核剂为硬脂酸锌。
8.根据权利要求7所述的一种输水管材料，其特征在于：水底输水管材料，包括如下重量份物质：
HDPE 85份
硅烷偶联剂 10份
抗菌剂 0.8份
聚酰胺酰亚胺树脂 25份
辛基酚醛树脂 5 份
硬脂酸锌 3 份
增容剂 3份
抗氧剂 0.4份。
9.一种水底输水管材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：SP1、将HDPE、金属盐类成核剂、辛基酚醛树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、硅烷偶联剂、增容剂、抗菌剂和抗氧剂混合；
SP2、加入双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机分为的加料段、熔融段、剪切段和挤出段，加料段温度为150-160℃，熔融段温度为160-170℃，剪切段温度为170-180℃，挤出段温度为130-150℃。
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